第六課 光通信(中)_415

1、第七課光通信(下)2021-7-20 上節(jié)課知識點回顧上節(jié)課知識點回顧4.1通信知識簡介通信知識簡介通信：信息的傳遞通信：信息的傳遞信息：事物的特征、狀態(tài)和聯(lián)系信息：事物的特征、狀態(tài)和聯(lián)系通信系統(tǒng)的組成：發(fā)送機，接收機，信道通信系統(tǒng)的組成：發(fā)送機，接收機，信道4.2 光纖通信概論光纖通信概論光纖通信的定義光纖通信的定義光通信的發(fā)展歷史光通信的發(fā)展歷史光纖簡介光纖簡介光纖通信的五個發(fā)展階段光纖通信的五個發(fā)展階段光纖通信的特點光纖通信的特點光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成 光纖通信系統(tǒng)一般由光纖通信系統(tǒng)一般由電端機電端機( (收發(fā)收發(fā)) )、發(fā)送光端機發(fā)送光端機、接收光端機接收光端機、光中繼器

2、光中繼器以及以及光纖（光纜）光纖（光纜）等組成。等組成。4.2.6 4.2.6 光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成1.1.電端機（收發(fā)）電端機（收發(fā)） 一般的光纖通信系統(tǒng)，都不是直接傳輸光信號，而是先把一般的光纖通信系統(tǒng)，都不是直接傳輸光信號，而是先把用戶的原始信號轉(zhuǎn)變成電信號，再把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘栍脩舻脑夹盘栟D(zhuǎn)變成電信號，再把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘栐诠饫w中傳輸。在光纖中傳輸。電端機電端機：實現(xiàn)原始信號與電信號的轉(zhuǎn)變（例：電話）：實現(xiàn)原始信號與電信號的轉(zhuǎn)變（例：電話）2.2.發(fā)送光端機發(fā)送光端機 發(fā)送光端機是將發(fā)送電端機送來的電信號轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送光端機是將發(fā)送電端機送來的電信號轉(zhuǎn)換為光信號

3、，并送進光纖中進行傳輸。，并送進光纖中進行傳輸。電光轉(zhuǎn)換主要由光源器件來完成電光轉(zhuǎn)換主要由光源器件來完成。光源光源 目前光源器件包括半導(dǎo)體激光二極管和發(fā)光二極管。激光目前光源器件包括半導(dǎo)體激光二極管和發(fā)光二極管。激光二極管二極管發(fā)射激光發(fā)射激光，功率大功率大，波譜窄波譜窄，適用于大容量、遠距適用于大容量、遠距離的光纖通信系統(tǒng)離的光纖通信系統(tǒng)。發(fā)光二極管。發(fā)光二極管發(fā)射熒光發(fā)射熒光，功率小功率小，波譜波譜寬寬，適用于小容量、短距離的光纖通信系統(tǒng)適用于小容量、短距離的光纖通信系統(tǒng)。2021-7-20 發(fā)光二極管發(fā)光二極管Vs3.3.接收光端機接收光端機 接收光端機是將接收到的光信號還原為電信號，然

4、后送到接接收光端機是將接收到的光信號還原為電信號，然后送到接收電端機。收電端機。電光轉(zhuǎn)換主要由光電檢測器來完成。電光轉(zhuǎn)換主要由光電檢測器來完成。光電檢測器光電檢測器 目前常用的光電檢測器有目前常用的光電檢測器有PIN光電二極管光電二極管和和雪崩雪崩光電二極管（光電二極管（APD）兩種。后者在轉(zhuǎn)換的同時，兩種。后者在轉(zhuǎn)換的同時，還可利用雪崩效應(yīng)對光信號進行放大，有利于提還可利用雪崩效應(yīng)對光信號進行放大，有利于提高接收靈敏度。高接收靈敏度。2021-7-20 Vs4.4.光纖（光纜）光纖（光纜） 光纖（光纜）作為傳輸媒光纖（光纜）作為傳輸媒介，主要任務(wù)是傳送光信號。介，主要任務(wù)是傳送光信號。光纜是

5、由若干根光纖組成，依光纜是由若干根光纖組成，依據(jù)使用的需要，光纖數(shù)目可以據(jù)使用的需要，光纖數(shù)目可以由幾根到數(shù)千根不等。由幾根到數(shù)千根不等。 5. 5.光中繼器光中繼器 光中繼器是將傳輸一段距離后的光信號進行放大，以實光中繼器是將傳輸一段距離后的光信號進行放大，以實現(xiàn)遠距離傳輸?，F(xiàn)遠距離傳輸。傳統(tǒng)的光中繼器采用的是光電光傳統(tǒng)的光中繼器采用的是光電光(O-E-O)(O-E-O)的模式的模式 再放大再放大(re-amplifying)(re-amplifying)、再整形（、再整形（re-shapingre-shaping）、再定）、再定時（時（re-timingre-timing）“3R”“3R”

6、中繼器中繼器 自從摻鉺光纖放大器問世以后，光中繼實現(xiàn)了自從摻鉺光纖放大器問世以后，光中繼實現(xiàn)了全光中繼全光中繼，通常又稱為通常又稱為1R1R（re-amplifyingre-amplifying）再生）再生 2021-7-20 4.3 光纖通信中的光電子器件光纖通信中的光電子器件 4.3.1概述概述光有源器件與無源器件光有源器件與無源器件 4.3.2 光纖光纖 4.3.2 光放大器光放大器 4.3.3 波分復(fù)用器和解復(fù)用器波分復(fù)用器和解復(fù)用器 4.3.4 其它通信光電子器件其它通信光電子器件124.3.1 4.3.1 概述概述n光器件類型：光器件類型：n 有源：需要外加能源驅(qū)動工作的器件有源：

7、需要外加能源驅(qū)動工作的器件n 無源：不需要外加能源驅(qū)動工作的光器件無源：不需要外加能源驅(qū)動工作的光器件13光有源器件光有源器件定義：定義：需要外加能源驅(qū)動工作的光器件需要外加能源驅(qū)動工作的光器件半導(dǎo)體光源半導(dǎo)體光源(LD,LED)(LD,LED)半導(dǎo)體光探測器半導(dǎo)體光探測器(PD:PIN,APD(PD:PIN,APD）光纖光纖光放大器光放大器(SOA,EDFA)(SOA,EDFA)光波長變換器光波長變換器光調(diào)制器光調(diào)制器光開關(guān)光開關(guān)/ /路由器路由器14光無源器件光無源器件定義：定義：不需要外加能源驅(qū)動工作的光器件不需要外加能源驅(qū)動工作的光器件光纖連接器（固定、活動）光纖連接器（固定、活動）光

8、纖定向耦合器（波長相關(guān)性不強）光纖定向耦合器（波長相關(guān)性不強）光波分光波分/ /密集波分復(fù)用器（密集波分復(fù)用器（WDM/DWDMWDM/DWDM，波長相關(guān)，波長相關(guān)性強性強) )光衰減器（固定、可變）光衰減器（固定、可變）光濾波器（帶通、帶阻）光濾波器（帶通、帶阻）光纖隔離器與環(huán)行器（偏振有關(guān)、無關(guān)）光纖隔離器與環(huán)行器（偏振有關(guān)、無關(guān)）光偏振態(tài)控制器、光纖延遲線、光纖光柵光偏振態(tài)控制器、光纖延遲線、光纖光柵15光器件與電器件的類比光器件與電器件的類比2021-7-20 4.3.2 光纖光纖光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu) 光纖的導(dǎo)光原理光纖的導(dǎo)光原理 光纖特性的分析方法光纖特性的分析方法 光纖的分類光纖的

9、分類 光纖的特性光纖的特性 光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性2021-7-20 光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)光纖是光波導(dǎo)材料，它利用光的全反射原理將光能量約束光纖是光波導(dǎo)材料，它利用光的全反射原理將光能量約束在其界面內(nèi)，并引導(dǎo)光波沿著光纖軸向傳播。纖芯材料為在其界面內(nèi)，并引導(dǎo)光波沿著光纖軸向傳播。纖芯材料為SiO2（少量摻雜（少量摻雜GeO2或或P2O5以提高折射率），折射率高以提高折射率），折射率高于包層（純于包層（純SiO2 ,或摻雜或摻雜B2O4 以降低折射率）。涂覆層的以降低折射率）。涂覆層的材料為環(huán)氧樹脂、硅橡膠等高分子材料，起保護作用。材料為環(huán)氧樹脂、硅橡膠等高分子材料，起保護作用。纖芯包層涂

10、覆層8-10，50um125um 250um光纖的導(dǎo)光原理光纖的導(dǎo)光原理 光纖的導(dǎo)光原理光纖的導(dǎo)光原理全反射（全反射（Total Internal Reflection）纖芯折射率為纖芯折射率為n n1 1包層折射率為包層折射率為n n2 2n n1 1nn2 2光線將在纖芯和包層的界面上不斷地產(chǎn)生全反射而光線將在纖芯和包層的界面上不斷地產(chǎn)生全反射而向前傳播。向前傳播。光的波粒二象性光的波粒二象性（光既可以看作電磁波，也可以看成由粒子組成的粒子流）（光既可以看作電磁波，也可以看成由粒子組成的粒子流）描述光在光纖中的傳輸特性時對應(yīng)的也有兩套方法描述光在光纖中的傳輸特性時對應(yīng)的也有兩套方法 兩種分

11、析方法：兩種分析方法： 幾何光學(xué)方法幾何光學(xué)方法 從幾何光學(xué)出發(fā)，用射線理論分析光纖中的光傳輸特性。從幾何光學(xué)出發(fā)，用射線理論分析光纖中的光傳輸特性。 波動光學(xué)方法波動光學(xué)方法 從麥克斯韋（從麥克斯韋（Maxwell）方程出發(fā)，用波動光學(xué)理論精確、）方程出發(fā)，用波動光學(xué)理論精確、嚴(yán)密地分析光在光纖中的傳輸特性。嚴(yán)密地分析光在光纖中的傳輸特性。光纖特性的分析方法光纖特性的分析方法光纖特性兩種分析方法的對比光纖特性兩種分析方法的對比2021-7-20211 1按傳輸波長分類按傳輸波長分類 短波長光纖短波長光纖的波長為的波長為0.85m0.85m（0.80.80.9m0.9m）。）。 長波長光纖長波

12、長光纖的波長為的波長為1.31.31.6m1.6m，主要，主要有有1.31m1.31m和和1.55m1.55m兩個窗口。兩個窗口。 波長為波長為0.85m0.85m的多模光纖主要用于短距的多模光纖主要用于短距離市話中繼線路或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)等線路。離市話中繼線路或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)等線路。 長波長光纖主要用于干線傳輸。長波長光纖主要用于干線傳輸。光纖的分類光纖的分類2021-7-2022 2 2按光纖的材料分類按光纖的材料分類 （1 1）石英玻璃光纖）石英玻璃光纖：以二氧化硅為主要材料，適：以二氧化硅為主要材料，適當(dāng)添加改變折射率的材料制成。這種類型的光纖耐火性當(dāng)添加改變折射率的材料制成。這種類型的光纖耐火

13、性能高，損耗低，是目前應(yīng)用最廣泛的光纖。能高，損耗低，是目前應(yīng)用最廣泛的光纖。 （2 2）多組分玻璃光纖）多組分玻璃光纖：由二氧化硅、氧化鈉、氧：由二氧化硅、氧化鈉、氧化鈣等多組分玻璃材料組成。這種類型的光纖損耗較低，化鈣等多組分玻璃材料組成。這種類型的光纖損耗較低，但可靠性較差。但可靠性較差。 （3 3）石英芯塑料包層光纖）石英芯塑料包層光纖：纖芯材料是石英，包：纖芯材料是石英，包層用硅樹脂。層用硅樹脂。 （4 4）塑料光纖）塑料光纖：纖芯和包層均由塑料制成。這種：纖芯和包層均由塑料制成。這種類型的光纖價格便宜，但損耗較大，可靠性不高。類型的光纖價格便宜，但損耗較大，可靠性不高。光纖的分類光

14、纖的分類2021-7-2023 3 3按套塑結(jié)構(gòu)分類按套塑結(jié)構(gòu)分類 緊套光纖緊套光纖，就是在一次涂覆的光纖上再緊，就是在一次涂覆的光纖上再緊緊地套上一層尼龍或聚乙烯等塑料套管，光纖緊地套上一層尼龍或聚乙烯等塑料套管，光纖在套管內(nèi)不能自由活動。在套管內(nèi)不能自由活動。 松套光纖松套光纖，就是在光纖涂覆層外面再套上，就是在光纖涂覆層外面再套上一層塑料套管，光纖可以在套管中自由活動。一層塑料套管，光纖可以在套管中自由活動。光纖的分類光纖的分類2021-7-204 4按折射率分布分類按折射率分布分類 有有階躍折射率光纖階躍折射率光纖和和漸變折射率光纖漸變折射率光纖。 光纖的分類光纖的分類（a a）階躍型

15、光纖階躍型光纖 （Step-Index FiberStep-Index Fiber，SIFSIF）（b b）漸變型光纖漸變型光纖（Graded-Index FiberGraded-Index Fiber，GIFGIF）2021-7-20255按傳輸模式分類按傳輸模式分類 （1）多模光纖）多模光纖 光纖中傳輸多種模式時，這種光纖被稱為多模光纖。由于光纖中傳輸多種模式時，這種光纖被稱為多模光纖。由于多模光纖的纖芯直徑較粗，既可以采用階躍折射率分布，也多模光纖的纖芯直徑較粗，既可以采用階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布，目前多采用后者?？梢圆捎脻u變折射率分布，目前多采用后者。 （2）單模光纖）

16、單模光纖 光纖中只傳輸一種模式（基模），其余的高次模全部截止，光纖中只傳輸一種模式（基模），其余的高次模全部截止，這種光纖被稱為單模光纖。單模光纖由于纖芯較細，一般采這種光纖被稱為單模光纖。單模光纖由于纖芯較細，一般采用階躍折射率分布。用階躍折射率分布。光纖的分類光纖的分類模式的概念模式的概念 模式的概念模式的概念 能夠在光纖中傳導(dǎo)的電磁波能夠在光纖中傳導(dǎo)的電磁波 幾何光學(xué)解釋幾何光學(xué)解釋 不僅滿足芯不僅滿足芯/包界面上的包界面上的全反射條件全反射條件 而且滿足傳輸過程中的相而且滿足傳輸過程中的相干加強條件干加強條件 波動光學(xué)解釋波動光學(xué)解釋 光纖中穩(wěn)定存在的不同的光纖中穩(wěn)定存在的不同的電磁場

17、分布形式，對應(yīng)電磁場分布形式，對應(yīng)Maxwell方程的離散解方程的離散解 只有一系列特定頻率的電只有一系列特定頻率的電磁波才能在光纖中存在！磁波才能在光纖中存在！多模光纖多模光纖 d=50d=50 m m單模光纖單模光纖d=8d=81010 m m多模光纖與單模光纖多模光纖與單模光纖2021-7-20 三種主要類型光纖的比較三種主要類型光纖的比較2021-7-20296國際電信聯(lián)盟國際電信聯(lián)盟(ITU-T)制定了統(tǒng)一的光纖標(biāo)準(zhǔn)制定了統(tǒng)一的光纖標(biāo)準(zhǔn)(G 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn))。光纖的分類光纖的分類光纖的特性 階躍型光纖特性 漸變型光纖特性 光纖的傳輸特性2021-7-20 階躍型光纖特性階躍型光纖特性1.

18、徑向折射率分布徑向折射率分布2021-7-20 n1n2ab1122, , nrannnnarb2. 相對折射率差相對折射率差 22121212211nnnn()n2nnn 體現(xiàn)體現(xiàn)光纖對光場的約束能力和光纖端面的受光能力光纖對光場的約束能力和光纖端面的受光能力2021-7-20 階躍型光纖特性階躍型光纖特性202190sinsinnnnc2112 nNAcin1n2n0n0、n1、n2-分別是空氣、纖芯、包層折射率，c-芯包界面全反射臨界角3. 數(shù)值孔徑（數(shù)值孔徑（NA）：反映了光纖接收光的能力：反映了光纖接收光的能力22210sinnnnNAi2121cosnnccinncossin101

19、212122212nnnnnn相對折射率差越大越好么？2021-7-20 階躍型光纖特性階躍型光纖特性高階模 (較長距離)低階模 (較短距離)軸上 (距離最短)4. 4. 模間色散模間色散：以不同入射角進入光纖的光線將經(jīng)歷不同的以不同入射角進入光纖的光線將經(jīng)歷不同的途徑，雖然在輸入端同時入射并以相同的速度傳播，但到達輸途徑，雖然在輸入端同時入射并以相同的速度傳播，但到達輸出端的時間卻不同，出現(xiàn)了時間上的分散，導(dǎo)致脈沖嚴(yán)重展寬。出端的時間卻不同，出現(xiàn)了時間上的分散，導(dǎo)致脈沖嚴(yán)重展寬。經(jīng)歷最短和最長路徑的兩束光線間的時差經(jīng)歷最短和最長路徑的兩束光線間的時差: :2211sinnncLLLcnTc2

20、02190sinsinnnnc2021-7-20 階躍型光纖特性階躍型光纖特性傳輸容量限制傳輸容量限制: :cnnBLBT2121例：對于無包層的特殊光纖，例：對于無包層的特殊光纖，n n1 1=1.5=1.5，n n2 2=1.0(=1.0(空氣空氣) )， =0.33=0.33（很大），（很大），BL0.4(Mb/s).kmBL0.4(Mb/s).km減小減小 值，值，BLBL能提高很多能提高很多。一般一般 0.010.01。當(dāng)。當(dāng) =0.002=0.002時，時，BL100(Mb/s).kmBL100(Mb/s).km，10Mb/s10Mb/s的速的速率傳輸率傳輸10km10km，適用于

21、一些局域網(wǎng)。，適用于一些局域網(wǎng)。5. BL積是評價系統(tǒng)傳輸性能的基本參數(shù)，稱為積是評價系統(tǒng)傳輸性能的基本參數(shù)，稱為通信容量通信容量2021-7-20 漸變型光纖特性漸變型光纖特性 漸變光纖的芯區(qū)折射率不是一個常數(shù)，從芯區(qū)中心的最大值漸變光纖的芯區(qū)折射率不是一個常數(shù)，從芯區(qū)中心的最大值逐漸降低到包層的最小值。逐漸降低到包層的最小值。光線以正弦振蕩形式向前傳播光線以正弦振蕩形式向前傳播。 1211221 2, , 11nf r arannnnarbf r af n1n2ba徑向折射率分布徑向折射率分布2021-7-20 漸變型光纖特性漸變型光纖特性 入射角大的光線路徑長入射角大的光線路徑長,由于折

22、射率的變化由于折射率的變化,光速在沿路徑變光速在沿路徑變化化,雖然沿光纖軸線傳輸路徑最短雖然沿光纖軸線傳輸路徑最短,但軸線上折射率最大但軸線上折射率最大,光傳光傳播最慢播最慢.通過合理設(shè)計折射率分布通過合理設(shè)計折射率分布, 使光線同時到達輸出端，使光線同時到達輸出端，降低模間色散降低模間色散。優(yōu)化設(shè)計的漸變光纖，其。優(yōu)化設(shè)計的漸變光纖，其BL積達約積達約10(Gb/s).km，比階躍光纖提高了，比階躍光纖提高了3個數(shù)量級。個數(shù)量級。傳輸模式參數(shù)傳輸模式參數(shù) 歸一化頻率：a：纖芯半徑， ：光波波長，：折射率差參量V決定了光纖中能容納的模式數(shù)量。如果V2.405，則它只容納單模，即單模光纖 傳輸模

23、式數(shù)（N較大）：折射率分布指數(shù)，對于階躍光纖 ：2021-7-20 1 2220121(2)2Vk a nnan 2(2)(/ 2)NV 22VN 傳輸模式參數(shù)傳輸模式參數(shù) 單模光纖截止波長c： 當(dāng)Vc時，光纖中傳播模式為單模；c時，光纖中傳播模式為多模2021-7-20 1/212(2 )2.405cn a2021-7-20 光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性 傳輸特性 損耗(dB/km)：直接影響中繼距離 色散(ps/nm.km)：將引起光脈沖展寬和碼間串?dāng)_ ，最終影響通信距離和容量 非線性效應(yīng)：將引起信號光功率損失與 WDM信道串音 光纖通信系統(tǒng)的基本要求是能將任何信息無失真地從發(fā)送端傳送到用

24、戶端，這首先要求作為傳輸媒質(zhì)的光纖應(yīng)具有均勻、透明的理想傳輸特性，任何信號均能以相同速度無損無畸變地傳輸。 但實際光纖通信系統(tǒng)中所用的光纖都存在損耗和色散，當(dāng)信號強度較高時還存在非線性。光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性2021-7-20 光纖的損耗特性光纖的損耗特性 光纖通信中的損耗主要包括光源和光纖間，光纖和光探測器間的耦合損耗；光纖和光纖間的連接損耗；光在光纖中傳輸?shù)膫鬏敁p耗（也稱光纖損耗：吸收、散射、輻射）。 傳輸損耗定義為：若光入射功率為Pin，傳輸距離L后的出射功率為Pout，則損耗： 實際的低損耗光纖在900nm波長處的損耗為3dB/km，這表示傳輸1km后信號光功率將損失50，2km

25、后損失達75。之所以可以這樣進行運算，是因為用分貝表示的損耗具有可加可加性性。inoutPPLkmdBlg10)/(343. 4ln1)/1 ( inoutPPLkm2021-7-20 光纖損耗的機理吸收損耗 光纖的吸收損耗，是由于光纖材料的量子躍遷致使一部分光功率轉(zhuǎn)換為熱量造成的傳輸損耗。包括本征吸收、雜質(zhì)吸收、原子缺陷三種 。 本征吸收是物質(zhì)所固有的，主要是由紅外和紫外波段電子躍遷與振動躍遷引起的吸收。SiO2固有吸收區(qū)在紅外和紫外。 雜質(zhì)吸收包括正過渡金屬離子（Fe3+，Cu2+，Ni2+，Mn2+，Cr2+）電子躍遷和負OH-分子振動。 OH-的吸收在光纖通信波段內(nèi)產(chǎn)生一系列的吸收峰，

26、影響較大的是在1.39、1.24、0.95 、0.72m，峰之間的低損耗區(qū)0.85，1.30，1.55 m構(gòu)成了光纖通信的三個窗口。 原子缺陷是指受到強熱、光或射線輻射導(dǎo)致材料受激出現(xiàn)原子缺陷產(chǎn)生的損耗。 2021-7-20 光纖損耗的機理散射損耗 由于光纖制作工藝上的不完善，例如微氣泡、雜質(zhì)和折射率不均勻以及存在內(nèi)應(yīng)力，光在這些地方發(fā)生散射。包括本征散射、受激拉曼散射、受激布里淵散射等非線性效應(yīng)。 本征散射，也叫瑞利散射（Rayleigh），由于光纖密度不均勻?qū)е碌恼凵渎什痪鶆蛞鸬?，與波長的4次方成反比，是現(xiàn)代光纖通信向長波發(fā)展的主要原因。2021-7-20 光纖損耗的機理輻射損耗 輻射損

27、耗，又稱彎曲損耗，包括兩類：一是彎曲半徑遠大于光纖直徑，二是光纖成纜時軸向產(chǎn)生的隨機性微彎。 定性解釋：導(dǎo)模的部分能量在光纖包層中（消失場拖尾）與纖芯中的場一起傳輸。當(dāng)發(fā)生彎曲時，離中心較遠的消失場尾部須以較大的速度行進，以便與纖芯中的場一同前進。這有可能要求離纖芯遠的消失場尾部以大于光速的速度前進，由于這是不可能的，因此這部分場將輻射出去而損耗掉。損損耗耗來來源源分子振動態(tài)的改變對光子的吸收分子振動態(tài)的改變對光子的吸收( (紅外吸收紅外吸收) )電子躍遷對光子的吸收電子躍遷對光子的吸收( (紫外吸收紫外吸收) )雜質(zhì)離子吸收雜質(zhì)離子吸收過渡金屬離子過渡金屬離子OHOH- -（2.73um,

28、1.38um2.73um, 1.38um）散射損耗散射損耗RayleighRayleigh散射散射光纖結(jié)構(gòu)不規(guī)則引起光纖結(jié)構(gòu)不規(guī)則引起彎曲損耗彎曲損耗材料對光的本征吸收材料對光的本征吸收瑞利散射損耗也是一種本征損耗，瑞利散射損耗也是一種本征損耗，它和本征吸收損耗一起構(gòu)成光纖它和本征吸收損耗一起構(gòu)成光纖損耗的理論極限值，是損耗的理論極限值，是1550nm1550nm波段光纖損耗的主因！波段光纖損耗的主因！損耗的主要來源損耗的主要來源（材料固有的吸收）（材料固有的吸收）宏彎損耗宏彎損耗微彎損耗微彎損耗接續(xù)損耗接續(xù)損耗附加損耗，光纖使用時人為造成附加損耗，光纖使用時人為造成損耗譜的劃分損耗譜的劃分損

29、耗與波長損耗與波長密切相關(guān)！密切相關(guān)！2021-7-20 1300850紫外吸收紫外吸收紅外吸收紅外吸收瑞利散射瑞利散射2.5損 耗 (dB/km)波 長 (nm)OHOH離子吸收峰離子吸收峰1550第三傳輸窗口光纖損耗譜特性光纖損耗譜特性2021-7-20 光纖的色散特性光纖的色散特性 光纖色散是指輸入光脈沖在光纖中傳輸時，由于不同頻率成分或不同模式的群速度不同而引起的光脈沖畸變現(xiàn)象。 將引起光脈沖展寬和碼間串?dāng)_，最終影響通信距離和容量。色散引起的脈沖展寬示意圖色散的分類 模式色散：不同模式不同傳輸速度，多模光纖特有 色度色散(Chromatic Dispersion)： 材料色散：不同波長

30、（頻率）信號的折射率不同，傳輸速度不同 波導(dǎo)色散：光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(不同區(qū)域折射率不同)引起的色散效應(yīng) 偏振模色散：不同偏振態(tài)不同傳輸速度通常簡稱的通常簡稱的色散概念！色散概念！2021-7-20 材料色散和波導(dǎo)色散 材料色散DM：纖芯材料的折射率隨波長變化導(dǎo)致了這種色散，這樣即使不同波長的光經(jīng)歷過完全相同的路徑，也會發(fā)生脈沖展寬。 波導(dǎo)色散DW ：由于單模光纖中只有約80的光功率在纖芯中傳播，20在包層中傳播的光功率其速率要更大一些，這樣就出現(xiàn)了色散。2021-7-20 偏振模色散 偏振模色散：在理想的單模光纖中，基模是由兩個相互垂直的簡并偏振模組成。如果由于某種因素使這兩個偏振模有不同的群速

31、度，出纖后兩偏振模的迭加使得信號脈沖展寬，從而形成偏振模色散（PMD）2021-7-20 光纖色散對通信系統(tǒng)的限制 光纖通信系統(tǒng)中，信息是通過編碼脈沖序列在光纖中傳輸?shù)?，光脈沖的寬度由系統(tǒng)的比特率B決定，因而不希望色散展寬而產(chǎn)生誤碼。但實際上群速度色散總是會引起脈沖展寬，脈沖展寬會導(dǎo)致相鄰比特周 期 的 信 號 重 疊 ， 產(chǎn) 生 I S I （ I n t e r s y m b o l Interference），從而限制了光纖通信系統(tǒng)BL積。 系統(tǒng)對脈沖寬度的限制(判據(jù))：為防止色散展寬導(dǎo)致相鄰脈沖重疊，展寬脈沖應(yīng)限制在所分配的比特時隙（TB）內(nèi)，而TB 1/B。 光信號在線性系統(tǒng)中傳輸

32、光信號在線性系統(tǒng)中傳輸 各頻率成分獨立傳輸各頻率成分獨立傳輸 信號畸變來自于色散信號畸變來自于色散 頻譜不變，只是對脈沖所包含的頻率成分重新安排頻譜不變，只是對脈沖所包含的頻率成分重新安排 信號功率衰減主要來自于吸收損耗和瑞利散射損耗信號功率衰減主要來自于吸收損耗和瑞利散射損耗 光信號在非線性系統(tǒng)中傳輸光信號在非線性系統(tǒng)中傳輸 信號畸變來自于色散和非線性信號畸變來自于色散和非線性 有新頻率產(chǎn)生有新頻率產(chǎn)生 不同頻率之間相互作用不同頻率之間相互作用 影響影響: 信號光功率損失信號光功率損失 WDM信道串音信道串音 應(yīng)用應(yīng)用: 波長轉(zhuǎn)換、信號的整形與再生波長轉(zhuǎn)換、信號的整形與再生光纖的非線性特性光纖的非線性特性光纖非線性的形成 單信道系統(tǒng)，功率水平10mw,速率不超過2.5Gb/s時，光纖可以作為線性介質(zhì)處理，即：光纖的損耗和折射率都與信號功率無關(guān) WDM系統(tǒng)中，即使在中等功率水平和比特率下，非線性效應(yīng)也很顯著。 非線性相互作用取決于傳輸距離和光纖橫截面積光纖本身不是一種良好的非線性材料光纖本身不是一種良好的非線性材料, ,其非線性折射率系數(shù)其非線性折射率系數(shù)很小很小, ,但是由于光纖的但是由于光纖的低損耗